Em ciência e tecnologia, uma bateria é um dispositivo que armazena energia química e a torna disponível na forma de energia elétrica. Baterias consistem de dispositivos eletroquímicos tais como uma ou mais células galvânicas, células combustíveis ou células de fluxos. Suas aplicações se dão em praticamente todas as áreas, desde uma bateria de relógio até um automóvel, passando por microinformática e eletrônica.

  • Em ciência e tecnologia, uma bateria é um dispositivo que armazena energia química e a torna disponível na forma de energia elétrica. Baterias consistem de dispositivos eletroquímicos tais como uma ou mais células galvânicas, células combustíveis ou células de fluxos. Suas aplicações se dão em praticamente todas as áreas, desde uma bateria de relógio até um automóvel, passando por microinformática e eletrônica.

BAGHDAD BATTERY

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  • Esta é a primeira bateria conhecida e deve ter por volta de 2250 anos de idade (250 anos a.C). É constituída por um jarro de louça vedado por uma tampa de asfalto. Uma barra de ferro, revestida por cobre, atravessa esta tampa alcançando o fundo do jarro. Quando o jarro encontra-se cheio de vinagre, ou outro tipo de solução eletrolítica, é capaz de fornecer aproximadamente 1,1 volts.

BAGHDAD BATTERY (Cont.)

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  • A construção utilizava materiais muito simples e fáceis de encontrar. O que chama nossa atenção nesta história é o fato de que alguém, naquela época, tivesse habilidade tal de utilizar os materiais adequados, combinando-os da forma correta para resultar em um dispositivo de função pouco óbvia para a época.

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  • Embora descoberto há tantos anos, muito pouco progresso foi realizado na ciência da eletricidade até a descoberta da célula básica, primeiramente por Luigi Galvani, em 1791, enquanto preparava uma experiência em anatomia.

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  • No ano de 1800 o campo da eletroquímica deu um grande salto quando um físico italiano, Alessandro Volta, realizou grandes progressos repetindo o experimento de Galvani. Volta não concordou com as teorias do seu amigo, e propôs que os objetos de metal que estavam segurando a perna da rã poderiam ser a fontes da ação.

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  • Usando este conhecimento, construiu a primeira bateria elétrica prática, conhecido como "pilha voltaica" ou "pilha galvânica". Na verdade, ele "empilhou" (daí o nome "pilha") vários discos de cobre e zinco, separados por discos de papel ou papelão (molhados em água salgada). Para prender este conjunto utilizou um arame de cobre. Ao fechar o circuito, a eletricidade fluiu através da "pilha“.

Planté (1860) sessenta anos após a invenção da pilha galvânica por Volta, apresentou à "Academia Francesa de Ciências" a primeira bateria chumbo-ácida, constituída de nove elementos, contendo cada elemento duas placas enroladas sob a forma de espiral, isoladas por meio de um separador de borracha e “imersas” em solução de ácido sulfúrico. Faure (1881) revestiu uma folha de chumbo com óxido de chumbo, mas este tipo de eletrodo era de pouca durabilidade.

  • Planté (1860) sessenta anos após a invenção da pilha galvânica por Volta, apresentou à "Academia Francesa de Ciências" a primeira bateria chumbo-ácida, constituída de nove elementos, contendo cada elemento duas placas enroladas sob a forma de espiral, isoladas por meio de um separador de borracha e “imersas” em solução de ácido sulfúrico. Faure (1881) revestiu uma folha de chumbo com óxido de chumbo, mas este tipo de eletrodo era de pouca durabilidade.

Muitos tipos de grades foram desenvolvidas para melhor retenção do material ativo. Hoje grades fundidas em chumbo são usadas em todas as construções de baterias ácidas. As placas Plante são fundidas em chumbo puro, enquanto que outras grades são fundidas adicionando-se ligas que usualmente contém antimônio e freqüentemente outros componentes metálicos. O antimônio foi usado pela primeira vez por Sellon em 1881.

  • Muitos tipos de grades foram desenvolvidas para melhor retenção do material ativo. Hoje grades fundidas em chumbo são usadas em todas as construções de baterias ácidas. As placas Plante são fundidas em chumbo puro, enquanto que outras grades são fundidas adicionando-se ligas que usualmente contém antimônio e freqüentemente outros componentes metálicos. O antimônio foi usado pela primeira vez por Sellon em 1881.

Em 1910, nos Estados Unidos, foi introduzida a placa tubular. Essa placa é constituída de tubos verticais de materiais permeáveis contendo o material ativo. A grade da placa consiste de uma série de espinhas ou varetas verticais de chumbo-antimônio fundidas integralmente com uma barra superior. Os tubos são geralmente redondos, podendo também ter formas elípticas ou quadradas.

  • Em 1910, nos Estados Unidos, foi introduzida a placa tubular. Essa placa é constituída de tubos verticais de materiais permeáveis contendo o material ativo. A grade da placa consiste de uma série de espinhas ou varetas verticais de chumbo-antimônio fundidas integralmente com uma barra superior. Os tubos são geralmente redondos, podendo também ter formas elípticas ou quadradas.

  • A partir daí, a evolução se deu com a substituição de alguns componentes confeccionados com madeira, vidro, borracha etc, por materiais a base de resinas sintéticas, como, por exemplo, o plástico substituindo os recipientes de vidro.

Mais recentemente ligas especiais de chumbo foram desenvolvidas com o objetivo de diminuir efeitos negativos de alguns componentes liga e melhorar o desempenho das baterias. A composição clássica, denominada alto-antimônio, foi introduzida a cerca de 100 anos atrás e significa uma liga para grade de 5 a 12% de antimônio, que nessas quantidades aumenta consideravelmente a dureza das grades e a resistência mecânica, sendo ideal para aplicações cíclicas. A tendência atual é de se reduzir o antimônio e até mesmo eliminá-lo, isso porque ele é migratório, descolando-se como resultado da corrosão da placa positiva e causando o envenenamento da negativa. Este envenenamento se manifesta através de uma sobretensão de hidrogênio mais baixa na placa negativa, o que, por sua vez, promove o aumento da gaseificação e maior consumo de água, bem como um aumento na auto descarga e variação na tensão de carga.

  • Mais recentemente ligas especiais de chumbo foram desenvolvidas com o objetivo de diminuir efeitos negativos de alguns componentes liga e melhorar o desempenho das baterias. A composição clássica, denominada alto-antimônio, foi introduzida a cerca de 100 anos atrás e significa uma liga para grade de 5 a 12% de antimônio, que nessas quantidades aumenta consideravelmente a dureza das grades e a resistência mecânica, sendo ideal para aplicações cíclicas. A tendência atual é de se reduzir o antimônio e até mesmo eliminá-lo, isso porque ele é migratório, descolando-se como resultado da corrosão da placa positiva e causando o envenenamento da negativa. Este envenenamento se manifesta através de uma sobretensão de hidrogênio mais baixa na placa negativa, o que, por sua vez, promove o aumento da gaseificação e maior consumo de água, bem como um aumento na auto descarga e variação na tensão de carga.

  • Vários caminhos foram tentados para solucionar esse problema e muitas composições de liga foram propostas. Dessas composições a que mais se destacou foi a de baixo-antimônio, foram desenvolvidas na Europa e o objetivo principal foi o de diminuir o teor de antimônio ao mínimo possível, mantendo-se as propriedades mecânicas, a resistência à corrosão anódica, o crescimento em níveis aceitáveis, bem como mantendo a característica positiva do antimônio - a de estabilizar a capacidade das placas e o alto poder de "cycling".

As ligas de baixo antimônio, atualmente em uso, contêm 1,5 a 3% de antimônio, contendo pequenas quantidades de outros elementos-liga, tais como selênio ou telúrio e enxofre, cobre ou prata, arsênico e estanho. O selênio ou telúrio e enxofre são adicionados à liga para se obter uma granulação final, além de eliminar fissuras que ocorrem nas ligas de baixo teor de antimônio.

  • As ligas de baixo antimônio, atualmente em uso, contêm 1,5 a 3% de antimônio, contendo pequenas quantidades de outros elementos-liga, tais como selênio ou telúrio e enxofre, cobre ou prata, arsênico e estanho. O selênio ou telúrio e enxofre são adicionados à liga para se obter uma granulação final, além de eliminar fissuras que ocorrem nas ligas de baixo teor de antimônio.

Em ambas as tecnologias, o antimônio foi radicalmente eliminado e substituído por outros componentes, tais como: cálcio, estanho, prata, etc.

  • Em ambas as tecnologias, o antimônio foi radicalmente eliminado e substituído por outros componentes, tais como: cálcio, estanho, prata, etc.

  • Atualmente, as baterias reguladas por válvula são utilizadas em larga escala, principalmente no setor de Telecomunicações e estão aos poucos ganhando espaço nas aplicações típicas das baterias tradicionais.

A capacidade de uma bateria de armazenar carga é expressa em ampère-hora  (1Ah = 3600 coulombs). Se uma bateria puder fornecer um ampère (1A) de corrente (fluxo) por uma hora, ela tem uma capacidade de 1 Ah em um regime de descarga de 1h (C1). Se puder fornecer 1 A por 100 horas, sua capacidade é 100 Ah em um regime de descarga de 100h (C100). Quanto maior a quantidade de eletrólito e maior o eletrodo da bateria, maior a capacidade da mesma. Assim uma pilha minúscula do tipo AAA tem muito menos capacidade do que uma pilha muito maior (por exemplo: do tipo D), mesmo que ambas realizem as mesmas reações químicas (por exemplo: pilhas alcalinas).

  • A capacidade de uma bateria de armazenar carga é expressa em ampère-hora  (1Ah = 3600 coulombs). Se uma bateria puder fornecer um ampère (1A) de corrente (fluxo) por uma hora, ela tem uma capacidade de 1 Ah em um regime de descarga de 1h (C1). Se puder fornecer 1 A por 100 horas, sua capacidade é 100 Ah em um regime de descarga de 100h (C100). Quanto maior a quantidade de eletrólito e maior o eletrodo da bateria, maior a capacidade da mesma. Assim uma pilha minúscula do tipo AAA tem muito menos capacidade do que uma pilha muito maior (por exemplo: do tipo D), mesmo que ambas realizem as mesmas reações químicas (por exemplo: pilhas alcalinas).

  • Por causa das reações químicas dentro das pilhas, a capacidade de uma bateria depende das condições da descarga tais como o valor da corrente elétrica, a duração da corrente, a tensão terminal permissível da bateria, a temperatura, e os outros fatores. Os fabricantes de bateria usam um método padrão para avaliar suas baterias. A bateria é descarregada em uma taxa constante da corrente sobre um período de tempo fixo, tal como 10 horas ou 20 horas. Uma bateria de 100 ampères-hora é avaliada assim para fornecer 5 A por 20 horas na temperatura ambiente. A eficiência de uma bateria é diferente em taxas diferentes da descarga. Ao descarregar-se em taxas baixas (correntes pequenas), a energia da bateria é entregue mais eficientemente do que em taxas mais elevadas da descarga (correntes elevadas). Isto é conhecido como a lei de Peukert.

Bateria de níquel cádmio – NiCd - é uma acrônimo para a associação do Níquel e do Cádmio, termo comumente utilizado para designar um determinado tipo de bateria recarregável.

  • Bateria de níquel cádmio – NiCd - é uma acrônimo para a associação do Níquel e do Cádmio, termo comumente utilizado para designar um determinado tipo de bateria recarregável.

  • Nestas baterias, o pólo positivo e o pólo negativo se encontram no mesmo recipiente com o pólo positivo (ou cátodo) coberto de Hidróxido, e o pólo negativo (ou ânodo) coberto de material sensível ao cádmio. Ambos são isolados por um separador. Os pólos estão imersos em uma substância eletrolítica, que conduz íons, geralmente uma solução de Hidróxido de potássio (KOH).

  • Comumente as baterias recarregáveis de NiCd são utilizadas nos telefones celulares. Este tipo de bateria é considerado antigo sendo substituído por outros tipos de bateria como as de NiMH e Bateria de íon de lítio ou Li-ion.

Bateria de hidreto metálico de níquel - é uma tecnologia relativamente nova que apresenta características operacionais similares às da bateria de níquel cádmio. Sua principal diferença consiste no uso de hidrogênio absorvido em uma liga, na forma de hidreto metálico, como material ativo no eletrodo negativo, ao invés de cádmio utilizado nas baterias de níquel cádmio. O eletrodo de hidreto metálico apresenta uma maior densidade de energia que um eletrodo de cádmio, portanto a massa de material ativo para o eletrodo negativo usado em uma bateria de níquel-hidreto metálico pode ser menor que a usada em baterias de níquel cádmio. Isto também permite que se possa utilizar uma maior quantidade de material ativo para o eletrodo positivo, o que resulta em uma maior capacidade ou tempo de descarga para esta bateria.

  • Bateria de hidreto metálico de níquel - é uma tecnologia relativamente nova que apresenta características operacionais similares às da bateria de níquel cádmio. Sua principal diferença consiste no uso de hidrogênio absorvido em uma liga, na forma de hidreto metálico, como material ativo no eletrodo negativo, ao invés de cádmio utilizado nas baterias de níquel cádmio. O eletrodo de hidreto metálico apresenta uma maior densidade de energia que um eletrodo de cádmio, portanto a massa de material ativo para o eletrodo negativo usado em uma bateria de níquel-hidreto metálico pode ser menor que a usada em baterias de níquel cádmio. Isto também permite que se possa utilizar uma maior quantidade de material ativo para o eletrodo positivo, o que resulta em uma maior capacidade ou tempo de descarga para esta bateria.

  • A maioria das características operacionais das baterias seladas de níquel-hidreto metálico são similares às das baterias de níquel-cádmio. As similaridades no que diz respeito à voltagem da célula, à pressão característica e aos métodos de controle de carga sugerem que o sistema Ni-MH deverá continuar tomando uma boa fração do mercado de outras células recarregáveis no futuro próximo.

Bateria de íon lítio - são um tipo de baterias recarregáveis muito utilizadas em equipamentos eletrônicos portáteis. Armazenam o dobro de energia que uma bateria de hidreto metálico de níquel (ou NiMH) e três vezes mais que uma bateria de níquel cádmio (ou NiCd). Outra diferença da bateria de íons de lítio é a ausência do efeito memória, ou seja, não é preciso carregar a bateria até o total da capacidade e descarregar até o total mínimo, ao contrário da bateria de NiCd.

  • Bateria de íon lítio - são um tipo de baterias recarregáveis muito utilizadas em equipamentos eletrônicos portáteis. Armazenam o dobro de energia que uma bateria de hidreto metálico de níquel (ou NiMH) e três vezes mais que uma bateria de níquel cádmio (ou NiCd). Outra diferença da bateria de íons de lítio é a ausência do efeito memória, ou seja, não é preciso carregar a bateria até o total da capacidade e descarregar até o total mínimo, ao contrário da bateria de NiCd.

Ao contrário das baterias, os capacitores são capazes de liberar grandes quantidades de energia instantaneamente. Isso os torna promissores em várias aplicações,  inclusive para o uso em veículos elétricos e para o armazenamento da energia gerada pelos ventos ou por células solares, liberando-a em momentos de picos de consumo sem depender dos elementos naturais.

  • Ao contrário das baterias, os capacitores são capazes de liberar grandes quantidades de energia instantaneamente. Isso os torna promissores em várias aplicações,  inclusive para o uso em veículos elétricos e para o armazenamento da energia gerada pelos ventos ou por células solares, liberando-a em momentos de picos de consumo sem depender dos elementos naturais.

  • Para isso, contudo, eles devem superar a sua grande deficiência, a baixa densidade de energia - liberar grandes potências é uma vantagem, mas há que se acumular mais energia para que ela possa ser liberada durante um tempo maior. E os progressos nessa área têm sido promissores.

  • Agora, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, relataram dois progressos que poderão, em poucos anos, fazer com que os capacitores superem as baterias não apenas quando o assunto é potência e capacidade de carga, mas também na leveza e na versatilidade.

  • A equipe do Dr. Qing Wang criou os primeiros capacitores feitos de polímeros ferroelétricos. Sendo feitos de material plástico, eles são extremamente leves, podem ser fabricados em qualquer formato e os primeiros protótipos, ainda em escala de laboratório, se mostraram competitivos com as baterias.

O feito está para a área de energia assim como a eletrônica orgânica está para a atual indústria de semicondutores. A leveza e a maleabilidade dos componentes plásticos farão com que os capacitores passem a concorrer em outras áreas, com na substituição das baterias em equipamentos portáteis, como celulares e computadores.

  • O feito está para a área de energia assim como a eletrônica orgânica está para a atual indústria de semicondutores. A leveza e a maleabilidade dos componentes plásticos farão com que os capacitores passem a concorrer em outras áreas, com na substituição das baterias em equipamentos portáteis, como celulares e computadores.

  • “Os materiais tradicionais [usados nos capacitores] são materiais cerâmicos que têm peso elevado e são muito frágeis. A eletrônica portátil exige sistemas de armazenamento de energia elétrica que sejam leves”, diz o Dr. Wang.

  • Aplicações dos capacitores plásticos

  • Nos veículos híbridos, capacitores com alta densidade de carga poderão compor sistemas de recuperação de energia mais eficientes. Nesses veículos, a energia cinética é coletada durante a frenagem e transformada em eletricidade, que é acumulada nas baterias. Caso sejam acumuladas em capacitores plásticos, muito mais leves, a energia poderá ser liberada mais rapidamente quando necessário. Mesmo numa primeira etapa, enquanto os capacitores não substituem inteiramente as baterias, isso poderá significar a necessidade de baterias menores para os veículos híbridos.

  • Os novos polímeros dielétricos não terão utilidade apenas em capacitores, podendo também substituir a camada dielétrica de dióxido de silício que é atualmente utilizada nos chips. A rigor, no campo da eletrônica, eles são mais um elemento que se soma à promissora família da eletrônica orgânica.

 

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  • Redação do Site Inovação Tecnológica

  • Revista Connect

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